煤炭作为主力能源有力地支撑了我国经济的迅速发展。但是，煤炭的简单粗放型利用方式也导致了高能耗、高污染、高碳排放的三高问题。通过气化反应，煤炭可以转化为合成气，进而组织高效的联合循环或转化为天然气、甲醇等清洁燃料，气化是实现煤炭高效、清洁、低碳利用的关键技术。 

　　相对于传统一步式完全转化的煤气化技术，未来煤气化技术的发展趋势在于组分对口、分级转化，即通过热解、焦化和气化等过程实现煤的分步转化，达到燃料化学能有序转化、组分定向调控的目标。煤炭分级气化技术将一步式完全转化的气化过程分解为焦化、气化与变换反应的三步反应，分级气化不需要空分过程提供纯氧。通过分步反应的燃料化学能梯级利用，以及解耦碳组分与氢组分，该方法无需消耗额外能量即可富集高纯CO气，从而大幅降低后续CO₂捕集能耗。 

　　针对煤炭分级气化方法，分布式供能与可再生能源实验室研制了以微反为主体的5kW热当量的反应机理实验台，并开展了关键反应过程（包括焦化与焦炭气化反应）的热力学与动力学性能实验，已取得初步实验结果。实验结果表明，在反应温度为1150℃的条件下，焦炭的转化率为98.6%，对应的冷煤气效率可达到84%，实现煤气化技术的变革突破。采用煤炭分级气化的发电系统发电效率可达50%，比采用Shell气化的IGCC系统高5个百分点。 

　　在机理实验的基础上，分布式供能与可再生能源实验室研制了30kW热当量的焦炭-CO₂气化反应实验台。截至目前，实验装置已完成研制，主体设备已于廊坊研发中心完成安装，并开始调试运行。 

　　上述工作得到了国家科技部洁净煤先导专项的项目支持，相关研究成果将为发展高碳能源低碳利用技术开辟新的途径。